総合研究所・都市減災研究センター（UDM）最終研究報告書（平成２６年度）
テーマ4 小課題番号4.2-2
分散型非常用電源供給システムの構築
－独立型太陽光発電装置と短期発電予測－
太陽光発電，独立電源，無線通信，都市機能継続，発電予測 荒井純一＊，小林浩昭＊＊
１．はじめに
建築・都市の減災と 震災時 機能継続に関する研究 拠点の形成事業の研究設備 として独立型太陽光発電 システムを設置し動作確認 をしてその特性を明らか にした。さらに装置として の電力供給力を高める研 究を行った。
本システムの目的は ，震災 時に電力会社からの商 用電源が停電することを想 定し，その停電時にパソ コンおよび無線通信機へ電 力を供給することである 。 その電力の充電には自然エ ネルギーである太陽光発 電を用いて，環境への配慮 をしつつエネルギーを確 保する構成としている。そ して停電時に独立して電 力を供給することにより遠 方との通信を確保し，遠 方との情報交換により減災 さらには都市機能継続に 役立てる装置である。
２．これまでの成果と今年度の成果
2010 年 度 は 独 立 型 太 陽 光 発 電 装 置 の 基 本 設 計 ， 2011 年度は装置の導入をした。2012 年度は装置を運 転して防災訓練時に模擬停 電を起こして 通信を行い 設計時の当初の機能を確認 した。電力の供給力を高 めるために 2013 年度は発 電出力の平準化の方法を 研究（ １ ）。さ らに 2014 年度（今年度 ）は 太 陽 光 発 電 の発電出力の短期予測手法を研究した。
３．独立型太陽光発電装置
独 立 型 太 陽 光 発 電 装 置 の 構 成 を 図 １ （ １ 点 鎖 線 内 ） に 示 す 。 詳 細 は 設 備 報 告 書 を 参 照 方（ ２ ）。 発 電 電力の例として図２に１日 の発電電力を示す。雲の 通過により発電電力が変動 する様子がわかる。装置 の特性として防災訓練時に 模擬停電を起こさせて無 線通信を行った。通信は目 的通りに行えたが，そこ では本電源が尽きるまでは 運転しなかったので，運 転時の消費電力と蓄電池容 量から 供給時間を以下の ように評価した。
八王子キャンパスの電源では下記となる。
＝
＝ 100.9[h] ≒ 4.2日
さらに昼間の PV パネルか らの発電があればその分 電力供給量が増える。逆に 電源装置には測定した回 路の他にモニタが常時接続 されているので，このモ ニタ電力消費を考慮する必 要がある 。これらのこと を考慮した結果，八王子キ ャンパスの独立型電源の 電力供給能力は，当初目的 としていた２日間を満た していると考えられる。
また新宿キャンパス側では下記となる。
＝
＝ 221.3[h] ≒ 9.2日
新宿キャンパス側では PV は無いので蓄電池容量が 全てである。実際に停電し た場合には通信用のパソ コンへも電力供給する必要 があり，その分を考慮し て，はやり新宿キャンパス 側電源も当初の目的であ る２日間を満たすと考えられる。
４．太陽光発電の短期予測手法（本年度研究）
被災状況によっては停電期 間がさらに長いことも 予想される。蓄電池の充電 状態と太陽光発電の発電 出力の変動の予測ができれ ば，通信側である負荷の 制御と組み合わせて，電力 供給時間を長くすること ができると考える。そこで 本年度は太陽光発電電力 の 30 分以内の短期予測手法を検討した。
3 時間程度先の発電量の予 測であれば、気象庁か ら得られる気象情報から大 まかに予測することが可 能であるが、数 10 分～30 分程度先、かつ地域を限 定した発電量は予測が困難 である。局所的な雲の移 動や形状変化が予測困難なためである。
＊ ：工学院大学工学部電気システム工学科
＊＊：工学院大学大学院工学研究科電気・電子工学専攻
総合研究所・都市減災研究センター（UDM）最終研究報告書（平成２６年度）
テーマ4 小課題番号4.2-2
図１ 独立型太陽光発電装置
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2
4:00 8:00 12:00 16:00
交流電力Ｐ[kw]
時間Ｔ
交流発電電力
図２ 発電出力例（2012 年 5 月 14 日）
ここで 研究し た予 測手法 は 、日本 の天候 は西 から 東に変化することを利用し ている。実験は、八王子 キャンパスを始めとする都内 5 か所での観測データ を用いている。西側の 4 地点の発電量データを用い て、目的地点である最も東 側地点における発電量の 予測を行っている。
この手 法は、 雲の 移動や 雲 の形状 変化を 考慮 し、
おおむね 30km 東側、時間にして 20～30 分先の太陽 光発電の発電量を予測でき る。八王子キャ ンパスか らおよそ 35km 東に位置する地点に新宿キャンパス
がある(図３)。
これら ５か所 には 測定用 の 装置を 新たに 製作 し，
それを用いた。その測定器 は５W の太陽光パネルに マイコンで動作する可変抵 抗器を接続し，その抵抗 値を大～小へ変えて，その 際の電圧と電流を計測す る。その電圧と電流から発 電電力を計算する。これ を 30 秒毎に行い，記録する。その 30 秒ごとの測定 データの中で最大発電電力 を探し，それをその地点 の発電量とした。ここでは 日射強度を測定するので はなく，目的としていると 同じ太陽光パネルを用い ているので太陽光パネルの 光の波長依存性の問題が 発生しない。雲が西から東 に移動するとこの測定器 の発電出力変動が移動する。
図３ 測定地点地図 通 信 用 パ
ソ コ ン
総合研究所・都市減災研究センター（UDM）最終研究報告書（平成２６年度）
テーマ4 小課題番号4.2-2
図４(a) 発電出力例（八王子キャンパス 2014/5/14）
図４(d) 発電出力例（小平市 2014/5/14）
図４(e)予測地点発電出力例（豊島区 2014/5/14）赤：予測値、青：実測値 図４(b) 発電出力例（立川市 2014/5/14）
図４(c) 発電出力例（東大和市 2014/5/14）
総合研究所・都市減災研究センター（UDM）最終研究報告書（平成２６年度）
テーマ4 小課題番号4.2-2
実際に 検証を 行っ た地点 は 少し北 側の豊 島区 であ るが、八王子からの距離は新宿とほぼ同じである。
図４(a)～(d)に西 4 地点の 観測データおよび図４ (e)に東に位置する豊島区の予測と実測値を示す。
図４(e)に示す東側地点の発電量予測（図の実線）
は以下のように行われる。
①地点(a)，(b)，(c)，(d)の２地点間の発電量の相 関係数を求め，そこから各 地点 と(e)地点との雲の推 定移動時間τを求める。
②各時刻 にお ける地 点(a)～(d)の発電 量デ ータ P を 合計して地点(e)の発電予測 値を得る。ただし事前に 雲の移動時間に相当する時 間で時間軸を移動する。
さ ら に 目 的 地 点(e)と の 距 離 の 逆 数 に 比 例 す る 重 み 係数Kを付加しておく。これらを式で表せば次式と なる。
(e)地点発電量予測値＝Σ（Ki×Pi×τi）， (1)
ここでは i＝１～４
この例では、およそ 9～11 分先の発電量が予測で きており、発電量誤差は時 間帯にもよるが 2～22％
程度である（ ３ － ５ ）。
一般家庭にも太陽光発電設 備が普及して来ている ので，それらの発電情報を 、停電時においても無線 装置などにより収集可能で あれば、リアルタイム に よる目的地点の発電量予測 が可能であることを示し ている。
５．おわりに
本研究では独立型太陽光 発電装置を設置し，防災 訓練時に模擬停電を起こさ せて，本装置だけから通 信用無線アンテナ，通信用 パソコンへ電力を供給し て八王子－新宿間の情報伝送を行い，課題 4.2 と連 携して初期の目的を達成し た。さらに長時間の停電 を想定して太陽光発電の発 電予測を研究した。今後 は発電予測を取り込んで通 信用機器の運転停止をど のように制御すべきかの研究が必要であろう。
参 考 文 献
1) 荒 井 純 一 ， 他 ， 独 立 型 太 陽 光 発 電 シ ス テ ム ， 総 合 研 究 所・都 市 減 災 研究 セ ンタ ー 研究報 告 書（ 平 成 ２２ ，２ ３ ， ２ ４ ， ２ ５年 度 ）
２ ) 荒井 純 一 ，市川 紀 充 ，小林幹 ，独 立 型 太陽 光 発電 シ ス テ ム ， 総 合 研 究 所 ・ 都 市 減 災 研 究 セ ン タ ー （ UDM） 設 備 研 究 報 告 書 （平 成 ２５ 年 度）
３ ) 小 林 浩昭 ，荒 井 純一 ，他 の地 域 の 発 電量 デ ータ を 利用 し た 太 陽 光発 電 の 短 期 予測 ,電気 学 会 電力 技 術・電 力 系統 技 術 合 同 研究 会 pp.119-124(2014)
４ )Hiroaki Kobayashi, Junichi Arai, Short-term Fore cast for Photovoltaic Power Generation with Correla tion of Solar Power Irradiance of Multi Points, W o r l d S c i e n t i f i c a n d E n g i n e e r i n g A c a d e m y a n d S o c i e t y
（ WSEAS） 14th International Conference on ELECTRIC POWER SYSTEMS, HIGH VOLTAGES, ELECTRIC MACHINES pp.
89-94 (2014)
５ ) Hiroaki Kobayashi， Junichi Arai, Short-term Fo recast for Photovoltaic Power Generation and Develo pment of Measuring Equipment,7th International Conf erence Information and Automation For Sustainabilit y（ ICIAfS） (2014)